Gefährdung der Ozonschicht durch FCKWs

Gefährdung der Ozonschicht durch FCKWs
Die Ozonschicht ist ein Teil der Stratosphäre, die vergleichsweise hohe Konzentrationen von
Ozon (bis ca. 8 ppm, also 8 von 1 Million Luftteilchen sind Ozon) enthält und gefährliche UVStrahlung absorbiert. Die höchste Dichte von Ozon befindet sich in gut 20 km Höhe, der höchste
Volumenanteil in ca. 40 km Höhe.
Würde man alles Ozon, das sich in der Atmosphäre befindet, extrahieren und auf Normaldruck
komprimieren, ergäbe das eine 3 mm hohe Schicht auf der Erdoberfläche. Zum Vergleich: Die
Luftsäule mit den anderen Gasen (vor allem Stickstoff und Sauerstoff) wäre 8 km hoch.
Die Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKWs) werden von energiereicher UV-Strahlung
( = 242–310 nm) gespalten. Dabei entstehen freie Chloratome (Radikale), die den Abbau von
Ozon beschleunigen können. Ein freies Chlorradikal kann bis zu 100.000 Ozonmoleküle
zersetzen:
Katalyse des Ozonabbaus durch Halogenradikale:
1.
Startreaktion
2.
Zyklischer Ozonabbau:
2.1
2.2
Fluorchlorkohlenwasserstoffe gelangen ausschließlich durch den Einfluss des Menschen in die
Atmosphäre. Sie werden seit den 30er-Jahren industriell hergestellt und sind chemisch sehr
stabil, also beispielsweise nicht brennbar. In der Technik finden sie daher Verwendung als
Treibgase, als Lösungs- und Reinigungsmittel, bei der Schaumstoffherstellung und vor allem als
Kältemittel in Kühlschränken, Klimaanlagen und industriellen Kühlanlagen. Ihre hohe chemische
Stabilität hat jedoch die Kehrseite, dass sie in der Troposphäre fast überhaupt nicht abgebaut
werden (Verweildauer 50 Jahre und mehr). Erst wenn sie durch den sehr langsamen Austausch
zwischen Troposphäre und Stratosphäre in höhere Atmosphärenschichten gelangt sind, können
sie dort von der energiereichen UV-Strahlung gespalten werden.
Folgen des Ozonabbaus:
erhöhtes Risiko, an Hautkrebs und Hornhauttrübung (grauer Star) zu erkranken
Gefährdung aller Nahrungsketten der Erde durch Schädigung des Chlorophylls, des Licht
absorbierenden Farbstoffs bei der Fotosynthese
Zum Vergleich: Ozonbildung:
Die Ozonbildung erfolgt ebenfalls unter dem Einfluss der UV-Strahlung ( <
nm), wobei
1 Sauerstoffmolekül in 2 Sauerstoffatome gespalten wird. Bei den Sauerstoffatomen handelt es
sich um reaktive Diradikale, die mit einem Sauerstoffmolekül zum Ozonmolekül reagieren:
O2  2 .O.; O2 + .O.  O3
Leitfragen für ein Referat:
1. Fertige einen Steckbrief zum Ozon an.
2. Erläutere den Begriff „Ozonschicht“ und die Bedeutung dieser Schicht.
3. Erkläre den Reaktionsmechanismus des Ozonabbaus.
4. Erläutere die Entstehung des Ozonlochs und die Auswirkungen für das Leben auf der Erde
und für den Menschen.
5. Wie können gesundheitliche Gefahren, die durch das Ozonloch auftreten, vermieden
werden?
Die Atmosphäre
Aufbau der Atmosphäre (schematisch, gekürzt):
Erläuterungen zum Aufbau der Atmosphäre:
Die Atmosphäre besteht aus verschiedenen Schichten (Troposphäre, Stratosphäre,
Mesosphäre und Thermosphäre), zwischen denen nur ein sehr geringer und sehr langsamer
Stoffaustausch stattfindet.
In der Stratosphäre befindet sich in einer Höhe zwischen 15 und 50 km die Ozonschicht, die die
lebensbedrohliche UV-Strahlung von der Biosphäre abschirmt.
Bedeutung und Gefährdung der Ozonschicht:
Die sehr energiereiche UV-Strahlung ( = 180–340 nm) wird in der Stratosphäre von Sauerstoffund Ozonmolekülen absorbiert. Dabei führt die sehr energiereiche Strahlung ( < 242 nm) zur
Spaltung von Sauerstoffmolekülen (und damit zur Bildung von Ozon), die vom Ozon selbst
absorbierte Strahlung im Wellenlängenbereich von 200–340 nm führt hingegen zu dessen
Spaltung. Es bildet sich die so genannte „Ozonschicht“, in der ein ständiger Auf- und Abbau von
Ozonmolekülen stattfindet.
Durch die Absorption der UV-Strahlung in der Ozonschicht wird die Intensität der Strahlung so
weit vermindert, dass nur noch ein kleiner Teil der UV-B-Strahlung ( = 280–315 nm) sowie die
noch energieärmere UV-A-Strahlung ( = 315–380 nm) auf der Erdoberfläche ankommen.
Seit 1979 wird beobachtet, dass die Ozondichte über der Antarktis drastisch abnimmt. Die
Mächtigkeit der Ozonschicht schrumpft zwischen 0,3 % und 1,6 % jährlich. Die geringste Dicke
hat sie über der Antarktis im dortigen Winterhalbjahr. Im arktischen Sommer regeneriert sich die
Ozonschicht wieder geringfügig.